DE102008000494A1 - Gas tight electric bushing for use in gas-cooled electrical generator, has sleeve with front side loosely surrounding electrical conductor, and bush, funnel-shaped element and sleeve consisting of electric insulating material - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Durchführung durch eine Gehäusewand, insbesondere eine solche eines gasgekühlten Generators, die ein inneres gasgefülltes Volumen von einer äußeren Umgebung trennt, mit wenigstens einem elektrischen Leiter, der die Wand durch eine Wandöffnung hindurch durchdringt. Der elektrische Leiter ist mittels einer Isolatoranordnung gegenüber der Wand elektrisch isoliert und geht mittels wenigstens einem Dichtmittel eine gasdichte Verbindung zu der Isolatoranordnung ein.The The invention relates to an electrical feedthrough by a housing wall, in particular such a gas-cooled generator, which is an internal gas-filled Volume separates from an external environment with at least one electrical conductor passing the wall through a wall opening penetrates. The electrical conductor is by means of an insulator arrangement electrically isolated from the wall and goes by means of at least one sealant a gas-tight connection to the insulator assembly one.
Stand der TechnikState of the art
Generatoren zur elektrischen Stromversorgung werden zumeist zu Zwecken einer effektiven Kühlung mit einem Gas gespült, vorzugsweise Wasserstoff, um die an den Statorwicklungen entstehende Verlustwärme möglichst effektiv abführen zu können. Dies erfordert einen gasdichten Generatorgehäuseabschluß gegenüber der den Generator umgebenden Atmosphäre, um einerseits Lekageverluste und damit verbundene Bereitstellungskosten für die zu Kühlzwecken eingesetzten technischen Gase zu minimieren, andererseits dafür Sorge zu tragen, dass, insbesondere bei Verwendung von Wasserstoff als Kühlgas, ein mögliches Entweichen desselben keinerlei Gefahren für die Umgebung darstellt. Die hierbei vorhandenen Problemstellen betreffen in erster Linie die Gasdichtheit der Durchführung der Antriebswelle des Generators durch die Gehäusewand sowie der elektrischen Durchführungen für den Abgriff der im Generator erzeugten Hochspannung mittels durch die Gehäusewand geführter elektrischer Leiterstrukturen. Neben dem Erfordernis der Gasdichtheit gilt es hierbei gleichsam, auch den Aspekt der Hochspannungsfestigkeit der elektrischen Durchführung zu beachten. So werden hohe Anforderungen sowohl an die Dimensionierung als auch an die Materialwahl aller beteiligten Komponenten für die Realisierung einer entsprechenden elektrischen Durchführung gestellt, letztlich aus Gründen, elektrische Durch- oder Überschläge zwischen den stromführenden und den elektrisch isolierenden Komponenten zu vermeiden.generators for electrical power supply are mostly for purposes of effective cooling flushed with a gas, preferably Hydrogen to the heat generated at the stator windings heat loss to be able to discharge as effectively as possible. This requires a gas-tight Generatorgehäuseabschluß opposite the atmosphere surrounding the generator, on the one hand Lekageverluste and associated deployment costs for minimize the technical gases used for cooling purposes, on the other hand, to ensure that, in particular when using hydrogen as the cooling gas, a possible Escape it no danger to the environment represents. The existing problem areas concern first Line the gas-tightness of the passage of the drive shaft of the generator through the housing wall and the electrical feedthroughs for tapping the high voltage generated in the generator by means of guided through the housing wall electrical conductor structures. In addition to the requirement of gas-tightness, it is, as it were, also the aspect of the high voltage strength of the electrical feedthrough to be observed. So are high demands both on the dimensioning as well as the material choice of all components involved for the realization of a corresponding electrical implementation ultimately, for reasons, electrical flashovers or flashovers between the current-carrying and the electrically insulating Components to avoid.
Ein probates Mittel zur Optimierung der Hochspannungsfestigkeit derartiger elektrischer Durchführungen besteht darin, die beteiligten Isolierkörper möglichst groß dimensioniert auszubilden, um den Kriechweg von sich längs der Oberfläche derartiger Isolierkörper ausbildenden Kriechströmen zu vergrößeren und dadurch die Durchschlagsfestigkeit zu verbessern. Dies führt in der Praxis zu groß bauenden elektrischen Durchführungen, die neben ihrer großen Bauform und dem damit einhergehenden, konstruktiv nicht zu vernachlässigenden Platzbedarf, auch bedingt durch einen beachtlichen Materialeinsatz einen hohen Kostenaufwand verursachen.One Proven means for optimizing the high-voltage strength of such electrical feedthroughs is the ones involved Insulating body sized as large as possible train to creep along the surface such insulating body forming leakage currents to increase and thereby the dielectric strength improve. In practice, this leads to building large electrical feedthroughs, in addition to their large Design and the associated, structurally not negligible Space requirement, also due to a considerable use of materials cause a high cost.
Zudem
gilt es auch, genormte Forderungen an die Auslegung derartig elektrischer
Durchführungen einzuhalten, so sei in diesem Zusammenhang auf
die DIN-Vorschrift
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es besteht die Aufgabe, eine elektrische Durchführung durch eine Gehäusewand, insbesondere eine solche eines wasserstoffgekühlten elektrischen Generators, die ein inneres, gasgefülltes Volumen von einer äußeren Umgebung trennt, mit wenigstens einem elektrischen Leiter, der die Gehäusewand durch eine Wandöffnung durchragt, und der mittels einer Isolatoranordnung gegenüber der Wand elektrisch isoliert ist und mittels wenigstens einem Dichtmittel eine gasdichte Verbindung zur Isolatoranordnung eingeht, derart weiterzubilden, dass eine möglichst kompakte und kurze Bauart realisiert wird, die einen geringen Bauraum erfordert und insbesondere durch einen geringeren Materialeinsatz geringere Herstellungskosten aufwirft. Ein weiterer Aspekt gilt der Schaffung möglichst einfacher und schnell durchzuführender Montageschritte, durch die der Einbau sowie die Wartung und gegebenenfalls der Austausch von elektrischen Durchführungen rasch und komplikationslos durchführbar sind.It the task is to carry out an electric a housing wall, especially one of a hydrogen-cooled electric generator, which is an internal, gas-filled Volume separates from an external environment, with at least an electrical conductor, the housing wall by a Wall opening protrudes, and by means of an insulator arrangement is electrically insulated from the wall and by means of at least one sealant a gas-tight connection to the insulator assembly enters such a way that a compact as possible and short design is realized, which requires a small space and in particular by a lower material use lower Production costs. Another aspect is the creation as simple and fast as possible Installation steps through which the installation and maintenance and, where appropriate the replacement of electrical feedthroughs quickly and complication are feasible.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Ausführungsarten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und darüber hinaus der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele, zu entnehmen.These The object is solved by the subject matter of claim 1. The solution idea advantageous refinements embodiments are the subject of the dependent claims and above In addition, the further description, in particular with reference on the embodiments, refer.
Die lösungsgemäße elektrische Durchführung, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1, weist eine Tragstruktur mit einer an die Gehäusewandöffnung in Form und Größe angepasste Ausnehmung auf, die an die Gehäusewand gasdicht, vorzugsweise im Wege einer Schweißverbindung, derart fügbar ist, dass die Ausnehmung der Tragstruktur die Wandöffnung wenigstens einseitig oder voll umfänglich umgibt. In die Ausnehmung der Tragstruktur ist eine Buchse in Form einer Hohlbuchse eingepasst, die längs ihrer axialen Erstreckung wenigstens einen mittleren Abschnitt vorsieht, der vorzugsweise passgenau an die in der Tragstruktur vorgesehene Ausnehmung angepasst ist, so dass die Hohlbuchse im wesentlich zentrisch zur Ausnehmung innerhalb der Tragstruktur platzierbar ist. Die Hohlbuchse selbst sieht einen inneren Durchführungskanal vor, der den elektrischen Leiter zumindest abschnittsweise peripher umfasst, so dass der elektrische Leiter gleichfalls zentrisch zur Ausnehmung der Tragstruktur angeordnet ist. Die als Hohlbuchse ausgebildete Buchse weist ihrerseits zwei axial gegenüberliegende Endbereiche auf, einen sogenannten äußeren und einen sogenannten inneren Endbereich, die die Tragstruktur jeweils axial einander entgegengesetzt überragen. Der in die äußere Umgebung ragende äußere Endbereich der Buchse weist wenigstens abschnittsweise eine strukturierte Umfangskontur, vorzugsweise in Art eines Trapezgewindes, auf, längs dem zumindest abschnittsweise axial und vollständig radial umfassend ein trichterförmig ausgebildetes Element mit einer entsprechend gegenkonturiert ausgebildeten Innenkontur gefügt wird, wobei das trichterförmig ausgebildete Element mit einer, den kleineren Trichterdurchmesser aufweisenden Seite der Tragstruktur zugewandt längs der Buchse angeordnet ist.The electrical implementation according to the solution, comprising the features of the preamble of claim 1, has a support structure with a recess adapted to the housing wall opening in shape and size, which is gastight to the housing wall, preferably by means of a welded joint, so far as the recess of the Supporting structure surrounds the wall opening at least on one side or fully circumferentially. In the recess of the support structure, a bush is fitted in the form of a hollow bushing, which provides along its axial extent at least one central portion, which is preferably adapted precisely to the recess provided in the support structure, so that the hollow bushing can be placed substantially centrally relative to the recess within the support structure. The hollow bushing itself provides an inner feedthrough channel which peripherally surrounds the electrical conductor at least in sections, so that the electrical conductor is likewise arranged centrically to the recess of the support structure. The bush formed as a hollow bushing in turn has two axially opposite end regions, a so-called outer and a so-called inner end region, which project beyond the support structure axially in opposite directions. The projecting into the outer environment outer end portion of the bushing has at least partially a structured circumferential contour, preferably in the manner of a trapezoidal thread, along which at least partially axially and completely radially comprising a funnel-shaped element with a corresponding counter-contoured inner contour is joined, the funnel-shaped trained element with one, the smaller funnel diameter facing side of the support structure facing disposed along the socket.
An dem dem äußeren Endbereich der Buchse relativ zur Gehäusewand gegenüberliegenden in das Innere des Gehäusevolumens hineinragenden inneren Endbereich ist eine faltenbalgartig ausgebildete, aus elastischem Material bestehende Manschette gasdicht angefügt, die den elektrischen Leiter wenigstens abschnittsweise mit einem radialen Abstand zu diesem umgibt und über eine lose endende, den elektrischen Leiter umgebende Stirnseite verfügt.At the relative to the outer end portion of the bushing to the housing wall opposite into the interior the housing volume protruding inner end portion a bellows-shaped, made of elastic material Cuff gas-tight attached to the electrical conductor at least sections with a radial distance to this surrounds and over a loose ending, surrounding the electrical conductor end face features.
Die Hohlbuchse, das trichterförmig ausgebildete Element sowie die vorstehend beschriebene, faltenbalgartig ausgebildete Manschette sind jeweils aus elektrisch isolierendem Material gefertigt. Durch die innenliegend zur Gehäusewand vorgesehene, vorzugsweise aus Silikon- oder gummiartigem Material gefertigte faltenbalgartig ausgebildete Manschette sowie das außerhalb der Gehäusewand vorgesehene trichterförmig ausgebildete Element wird der die Hochspannungsfestigkeit der elektrischen Durchführung charakterisierende Kriechweg entscheidend vergrößert und damit die Hochspannungsfestigkeit der lösungsgemäß ausgebildeten elektrischen Durchführung wesentlich verbessert. Um der zusätzlichen Forderung bezüglich der Gasdichtheit der elektrischen Durchführung zu entsprechen, sind insbesondere zwischen der Buchse und dem Tragring sowie dem elektrischen Leiter und der Buchse geeignete Dichtmittel, vorzugsweise in Form von O-Ringen, vorgesehen, die es bei der Montage innerhalb geeigneter Nuten längs der im weiteren im Detail zu beschreibenden jeweiligen Komponenten vorzusehen gilt.The Hollow socket, the funnel-shaped element as well the above-described, bellows-shaped cuff are each made of electrically insulating material. By the provided inside the housing wall, preferably made of silicone or rubbery material bellows trained cuff and outside the housing wall provided funnel-shaped element is the the High-voltage strength of the electrical conduction characterizing Creepage significantly increased and thus the High-voltage strength of the solution formed electrical implementation significantly improved. To the additional requirement regarding the gas tightness to comply with the electrical implementation, in particular between the bush and the support ring and the electrical conductor and the socket suitable sealing means, preferably in the form of O-rings, provided it longitudinally during assembly within suitable grooves the respective components to be described in detail hereinafter to be provided.
Die lösungsgemäß ausgebildete elektrische Durchführung zeichnet sich neben ihrer kompakten Bauweise sowie dem geringen Materialbedarf und einer damit verbundenen preisgünstigen Herstellungsmöglichkeit insbesondere durch ihre Robustheit und die niedrigen elektrischen Verluste aus, die durch eine verkürzte Ausführung des elektrischen Leiters herrühren. Ferner kann die Konstruktion höhere Kräfte aufnehmen, da der Hebelarm kürzer ist (Anforderung nach o. g. DIN). Durch Verwendung temperaturbeständiger Isolationsmaterialien, vorzugsweise Polytetrafluorethen (PTFE) oder darauf basierender, insbesondere faserverstärkter Materialzusammensetzungen, können Arbeitstemperaturen von bis zu 250°C schadlos überdauert werden.The designed in accordance with electrical implementation stands apart from its compact design and the low Material requirements and associated inexpensive Manufacturing possibility in particular by their robustness and the low electrical losses caused by a shortened Execution of the electrical conductor originate. Furthermore, the construction can absorb higher forces, because the lever arm is shorter (requirement for o. g. DIN). By using temperature-resistant insulation materials, preferably polytetrafluoroethene (PTFE) or based thereon, in particular fiber reinforced material compositions, can Working temperatures of up to 250 ° C survived without damage become.
Die lösungsgemäß ausgebildete elektrische Durchführung wird zur Illustration anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die im weiteren dargestellten Figuren näher beschrieben, ohne dabei das allgemeine erfinderische Konzept, das der lösungsgemäß ausgebildeten elektrischen Durchführung zugrunde liegt, einzuschränken. Es zeigen:The designed in accordance with electrical implementation will be illustrated by means of a concrete embodiment with reference to the figures shown in more detail without losing the general inventive concept, the the solution designed electrical Implementation is limiting. It demonstrate:
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays of carrying out the invention, commercial usability
Die
den Kriechweg verlängernde faltenbalgartig ausgebildete
Manschette
Zur
axialen Fixierung des elektrischen Leiters
Zur
elektrischen Isolation des hochspannungsführenden elektrischen
Leiters
Insbesondere
durch die lösungsgemäße Formgebung der
Manschette
Zur
Illustration des inneren Aufbaus der in
Zur
Halterung des elektrischen Leiters
Die
als Hohlbuchse ausgebildete Buchse
Zur
Fixierung des elektrischen Leiters
Zur
Fixierung der Buchse
Zur
Vervollständigung der lösungsgemäß ausgebildeten
elektrischen Durchführung gilt es lediglich, das in
Zur
Erläuterung der Montagefreundlichkeit der lösungsgemäß ausgebildeten
elektrischen Durchführung sei im Weiteren auf die
In
Zur
Montage der elektrischen Durchführung wird der elektrische
Leiter
Als
nächstes wird die Buchse
Zur
axialen Verpressung der Buchse
Abschließend
wird zu Zwecken der Verlängerung des Kriechweges das trichterförmige
Element auf das an der Buchse
Anhand
der Sequenzbilddarstellungen in den
- 11
- Tragstruktursupporting structure
- 22
- elektrischer Leiterelectrical ladder
- 2a2a
- äußerer Anschlusskonturouter connecting contour
- 2i2i
- innere Anschlusskonturinner connecting contour
- 33
- BuchseRifle
- 44
- faltenbalgartig ausgebildete Manschettebellows trained cuff
- 55
- trichterförmig ausgebildetes Elementfunnel-shaped trained element
- 66
- ringförmiges Befestigungselementannular fastener
- 77
- Schraubverbindungenscrew
- 88th
- Fixierscheibeaffixation
- 99
- Schraubverbindungenscrew
- 1010
- dreidimensionaler Formkörperthree-dimensional moldings
- 1111
- 1212
- DurchführungskanalThrough channel
- 1313
- äußerer Endbereichouter end
- 1414
- strukturierte Umfangskontur, Trapezgewindestructured Circumferential contour, trapezoidal thread
- 1515
- mittlerer Buchsenbereichmiddle connector panel
- 1616
- äußerer Endbereichouter end
- 1717
- Umfangsflächeperipheral surface
- 1818
- loses, stirnseitiges Ende der Manschetteloose, frontal end of the cuff
- 1919
- umlaufende Nutencircling groove
- 2020
- Generatorwandgenerator wall
- 2121
- Schweißverbindungwelded joint
- 2222
- axiale Anschlagflächeaxial stop surface
- 2323
- Öffnungenopenings
- 2424
- Außengewindeexternal thread
- 2525
- Umlaufende NutenOutstanding groove
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- - IEC 60137 [0004] - IEC 60137 [0004]
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ID=40935942
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